CN1143447C - 用于无线通信的信号组合设备和方法 - Google Patents
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Abstract
信号组合设备和方法允许移动单元使用单个天线接收和发射在两个或多个频率范围内的信息。组合设备包括被连接到匹配装置的第一和第二发射电路以及第一和第二接收电路。该匹配装置又被连接到天线。第一发射电路和第一接收电路被设计成分别发射和接收数字信号,以及第二发射电路和第二接收电路被设计成分别发射和接收模拟信号或数字信号。通过使用信号组合设备,有可能组合不同频段的信号,特别是不同频段的数字信号和模拟信号。这样,本发明允许在双模式无线电中使用一个公共的天线。本发明在蜂窝移动无线通信系统和/或卫星无线通信系统中找到示例性应用。
Description
技术领域
本发明涉及用于具有一个天线的双频段无线电的信号组合设备,该双频段无线电在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统的移动单元中使用,和/或在卫星无线通信系统中使用。本发明还涉及用于组合在用于具有一个天线的双频段无线电的信号组合设备中的信号的方法,双频段无线电在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统的移动单元中运行,和/或在卫星无线通信系统中运行。
背景技术
无线通信系统一般地通过使用不同的频率范围运行。例如,在美国,AMPS协议可被设计来运行在824-849MHz和869-894MHz的范围,而PCS系统可被设计来运行在1850-1910MHz和1930-1990MHz的范围。另外,不同的地理区域(例如,不同的州)可以分配不同的频率范围供无线通信使用。
另外,在某些情况下,使用了无线通信的模拟和数字形式,提供了“双模式”无线通信。例如,数字时分多址(TDMA)系统可被使用于接收和发送数字信号。连续的发送和接收被使用于模拟信号的发送和接收。
发明内容
本发明的一个示例性目的是提供在使用一个天线的用于接收和发射在不同频谱范围内的模拟与数字的电磁信息的双频段或多频段移动无线电中使用的设备。
本发明的另一个示例性目的是提供在使用一个公共天线的双频段或多频段移动无线电中使用的设备,该移动无线电可在用于1900MHz频率范围(例如,用于PCS 1900)的数字移动无线通信系统中使用,以及在用于800MHz频率范围(例如,用于AMPS 800)的模拟移动无线通信系统中使用。
通过使用一个用于双频段无线电的信号组合设备达到了在本发明中的这些和其它的目的,该双频段无线电包括一个天线,它具有第一和第二发射电路和第一和第二接收电路,被连接到一个用于匹配的装置。该用于匹配的装置也被连接到天线。第一发射电路和第一接收电路分别被设计来发射和接收数字信号,以及第二发射电路和第二接收电路分别被设计来发射和接收模拟或数字信号。
本发明的另一个示例性实施例提供了用于使用一个天线的多频段无线通信系统的信号组合设备。这个实施例分别利用两个以上的发射和接收电路,它们被连接到匹配装置,它又被连接到天线。
按照本发明的另一个示例性实施例,组合设备可被使用于运行在1850-1910的频率范围(例如,PCS频段)的无线电中。第一发射电路在这个频段发送出信息。同一个无线电也运行在824-849的频率范围(例如,AMPS频段)。第二发射电路在这个频段发送出信息。在这个实施例中,在第一发射电路被设计来发射的信号与第二发射电路被设计来发射的信号之间有1001MHz的频率差。概言之,本发明可在其中频带上有足够的分隔的双频段(或多频段)应用中使用。
按照本发明的更具体的示例性方面,从第一发射电路发射的信号传送通过第一切换装置,在其中,第一切换装置的第一接点和第一切换装置的第二接点分别被连接到第一发射电路和天线。按照几个示例性实施例,在第一切换装置和天线之间另外插入第二谐振电路。
有利地,从第二发射电路发送到天线的信号首先传送通过第一滤波装置,此后通过匹配装置,然后到天线。第一滤波装置具有第一接点,被连接到第二发射电路,以及第二接点,被连接到位于第二发射电路、第二接收电路、与匹配装置的第一接点之间的连接点。第一滤波装置在至少对于由第二接收电路接收的信号进行滤波的第一滤波装置的第二接点上具有高的反射系数,匹配装置除了具有第一接点以外还有第二接点,被连接到天线。
由第一接收电路从天线接收的信号首先通过第一阻抗变换装置,然后通过第二阻抗变换装置,它在几个示例性实施例中被设置为零。此后,信号通过第二滤波装置。可任选地,第二滤波装置可以省略。第一阻抗变换装置具有第一接点,被连接到天线,以及第二接点,被连接到第二阻抗变换装置的第一接点。第二阻抗变换装置具有第二接点,被连接到第二滤波装置的第一接点。第二滤波装置具有第二接点,被连接到第一接收电路。第二切换装置具有第一接点,被连接到第一阻抗变换装置的第二接点与第二阻抗变换装置的第一接点之间的连接点。第二切换装置具有第二接点,被连接到信号地。在几个示例性实施例中,第二谐振电路被另外插入在天线与第一阻抗变换装置之间。
由第二接收电路从天线接收的信号首先通过匹配装置,然后通过第三滤波装置。在这个实施例中,第三滤波装置具有第一接点和第二接点。第三滤波装置的第一接点被连接到位于第二发射电路、第二接收电路、与匹配装置的第一接点之间的连接点。第三滤波装置的第二接点被连接第二接收电路。在这个实施例中,第三滤波装置在至少对于由第二发射电路发射的信号进行滤波的第三滤波装置的第一接点上具有高的反射系数。
按照其它的示例性实施例,提供了在具有一个天线的双频段无线电的该信号组合设备中用于组合信号的方法。用于双频段无线电的该信号组合设备包括第一和第二发射电路以及第一和第二接收电路,被连接到匹配装置,它又被连接到天线。数字信号从第一发射电路发射,并由第二接收电路接收,模拟或数字信号从第二发射电路发射,并由第二接收电路接收。在第一发射电路被设计来发射的数字信号与第二发射电路被设计来发射的模拟(数字)信号之间有一个频带间隔。在第一接收电路与第二接收电路被设计来接收的频率之间也有一个频带间隔。
按照另一个示例性实施例,提供了在具有一个天线的移动单元中用于组合信号的方法,该移动单元用于在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统中运行和/或在卫星无线通信系统中运行。用于双频段无线电的包括公共天线的信号组合设备具有第一和第二发射电路以及第一和第二接收电路,被连接到匹配装置,它又被连接到天线。数字信号从第一发射电路发射,并由第一接收电路接收。模拟信号或数字信号从第二发射电路发射,并由第二接收电路接收。
可将本发明用在许多类型的通信系统(除了上述的蜂窝和卫星系统)中。这样的无线通信系统的例子是DECT系统(数字增强无绳电信)。其中可使用按照本发明的信号组合设备的数字无线通信系统的实例是D-AMPS 800,D-AMPS 1900,DCS 1800,PCS 1900,GSM 900,GSM 1800,PDC 800和PDC 1500。其中可使用按照本发明的信号组合设备的模拟无线通信系统的实例是NMT450,AMPS 800,NMT 900,和TACS。借助于本发明,有可能组合前面所述的任何的模拟无线通信系统中的模拟信号和前面所述的任何的数字无线通信系统中的数字信号,只要模拟信号和数字信号具有足够地不同的频段。也有可能借助于本发明来组合前面所述的任何的模拟无线通信系统中不同的模拟信号,如果模拟信号是在不同的频段。同样的情况应用到在前面所述的数字无线通信系统中使用的数字信号。因此,本发明发现在双频段无线通信中或在双频段无线通信与双模式无线通信的组合中的特定的示例的可应用性。
下面以用于双频段的具有两个发射电路和两个接收电路的信号组合设备为示范例详细地描述本发明。然而,本领域技术人员将会看到,本发明可被扩展到如上所述地使用于多频段(例如,两个以上的频段)无线通信系统,它们也可采用多模式无线通信方式。在这样的情况下,将两个以上的发射和接收电路分别连接到前面所述的匹配装置。
附图说明
在结合附图阅读以下的详细说明时,将更容易了解本发明的上述的和其它的目的、特征与优点,其中:
图1是显示按照本发明的示例性方面的用于双频段无线通信的信号组合设备的通用实施例的方框图;
图2是显示按照本发明的用于双频段无线通信的信号组合设备的第一示例性实施例的电路图;
图3-8,9a和9b是显示按照本发明的用于双频段无线通信的信号组合设备的第二到第九实施例的电路图;以及
图10是显示按照本发明的用于双频段无线通信的信号组合设备的再一个实施例的电路图。
具体实施方式
在以下说明中,为了解释而并不是限制,阐述了具体的细节,以便提供对本发明的透彻的了解。然而,本领域技术人员将会看到,本发明可以以其它的并不背离这些具体细节的实施例来实施。在其它的例子中,省略了对熟知的方法、装置和电路的详细描述,免得用不必要的细节使得难以理解本发明的说明。在附图中,相同的数字代表相同的特性。
术语“移动单元”包括具有发送和接收电磁信号(例如,射频信号)的能力的任何移动单元。术语“移动单元”包括,但不是限制,移动电话,手持数据编制器,手机,计算器,寻呼机,电话应答机,传真机,以及使用无线通信的其它电子设备。
图1是显示按照本发明的用于双频段无线通信的信号组合设备的通用实施例的方框图,示例性使用于具有双频段发射和接收天线1的移动单元中组合信号。本发明发现在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统中的示例性使用和/或在卫星无线通信系统中的运行。
图1所示的实施例包括被连接到天线1的天线匹配网络36,用于变换天线阻抗。天线匹配网络36包括用于切换天线匹配网络36的装置37。两个发射电路2,3和两个接收电路4,5被连接到匹配装置10,它被连接到天线1。正如将在后面详细地描述的,匹配装置可包括谐振电路,带线阻抗变换装置,或其它类型的装置。第一发射电路2和第一接收电路4被设计成分别发射和接收数字信号。第二发射电路3和第二接收电路5被设计成分别发射和接收模拟或数字信号。这些电路2,3,4,5都被显示为各个线的末端,但它们可包括各自的处理电路,如本领域技术人员将会看到的。
由第二发射电路3通过天线匹配网络36发送到天线1的信号首先通过第一滤波装置9,此后通过匹配装置10。第一滤波装置9具有第一接点11和第二接点12。第一滤波装置9的第一接点11被连接到第二发射电路3。第一滤波装置9的第二接点12被连接到位于第二发射电路3、第二接收电路5、与匹配装置10的第一接点14之间的连接点13。第一滤波装置9在其第二接点12上具有高的反射系数,至少对于由第二接收电路5接收的信号。匹配装置10除了具有第一接点14以外还有第二接点15,被连接到天线1。
由第二接收电路5从天线1接收的信号首先通过天线匹配网络36,然后传送通过匹配装置10,此后通过第三滤波装置30。第三滤波装置30具有第一接点31和第二接点32。第三滤波装置30的第一接点31被连接到位于第二发射电路3、第二接收电路5、与匹配装置10的第一接点14之间的连接点。第三滤波装置30的第二接点32被连接第二接收电路5。第三滤波装置30在其第一接点31上具有高的反射系数,至少对于由第二发射电路3发射的信号。
从第一发射电路2经过天线匹配网络36发射到天线1的信号通过第一切换装置6,并最后通过第二谐振电路37′。第一切换装置6,例如,可包括诸如PIN二极管那样的二极管,或可包括电子开关。第一切换装置6具有第一接点7和第二接点8,以及第二谐振电路37′具有第一接点38和第二接点39。第一切换装置6的第一接点7被连接到第一发射电路2。第一切换装置6的第二接点8被连接到第二谐振电路37′的第二接点39。第二谐振电路37′的第一接点38被连接到位于天线1、匹配装置10的第二接点15、与第二谐振电路37′的第一接点38之间的连接点35。
由第一接收电路4从天线1通过天线匹配网络36接收的信号首先通过第二谐振电路37′,然后通过第一阻抗变换装置16。信号然后通过第二阻抗变换装置17,最后通过第二滤波装置18。第一阻抗变换装置16具有第一接点19和第二接点20。第二阻抗变换装置17具有第一接点21和第二接点22。第二滤波装置18具有第一接点23和第二接点24。第一阻抗变换装置16的第一接点19被连接到位于第一切换装置6的第二接点8、第一阻抗变换装置16的第一接点19与第二谐振电路37′的第二接点39之间的连接点40。第一阻抗变换装置16的第二接点20与第二阻抗变换装置17的第一接点21被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第一接点21与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27。第二阻抗变换装置17的第二接点22被连接到第二滤波装置18的第一接点23。第二滤波装置18的第二接点24被连接到第一接收电路4。第二切换装置,例如,可包括二极管,和其它类型的电子开关,诸如场效应晶体管。第二切换装置25,除了具有第一接点26以外,还具有连接到地29的第二接点28。
其余的图显示了实施图1所示的通用电路的不同方式,其中某些可从图1所示的基本配置出发在某些方面变化,但采用与图1所示的电路相同的总的工作原理(在后面描述)。
图2,例如,是显示按照本发明的用于双频段无线通信的信号组合设备的第一实施例的电路图,该组合设备打算在用于运行在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统中和/或用于运行在卫星无线通信系统中的、具有一个天线的移动单元中被使用来组合信号。天线匹配网络36被提供来变换天线阻抗,它被连接到天线1。天线匹配网络36能够把天线阻抗变换到在位于天线1、第一谐振电路33的第二接点15与第二谐振电路37′的第一接点38之间的连接点35处的适合于两个频段的阻抗。天线匹配网络36包括用于切换天线匹配网络36的装置37。两个发射电路2,3和两个接收电路4,5被连接到第一谐振电路33,它被连接到天线1。第一发射电路2和第一接收电路4分别被设计来发射和接收数字信号。第二发射电路3和第二接收电路5分别被设计来发射和接收模拟或数字信号。在第一发射电路2被设计来发射的数字信号与第二发射电路4被设计来发射的模拟(数字)信号之间有一个频带差,以确保足够的频带间隔。
第一滤波装置9和第三滤波装置30可以以图2所示的方式互相连接在一起,以提供一个单个的3-端口双工滤波器50。换句话说,第一滤波装置9和第二滤波装置30不是互相分开的,像图1所示的情况那样。然而,滤波器安排也可包括把两个分开的滤波器与某个组合网络连接在一起,如图1所示。
继续讨论图2,双工滤波器50的三个端口分别包括第一滤波装置9的第一接点11,第三滤波装置30的第二接点32,和接点49。由于第一滤波装置9和第三滤波装置30信号连接成一个单个3-端口双工滤波器50,所以,第一滤波装置9的第二接点12、第三滤波装置30的第一接点31、以及在第二发射电路3和第二接收电路5之间的连接点13,实际上被连接在一起,成为同一个点。如上所述,这是与图1的情况相反的,在其中,第一滤波装置9的第二接点12,第三滤波装置30的第一接点31,以及在第二发射电路3、第二接收电路5、与匹配装置10的第一接点14之间的连接点13,是互相分开的。
由第二发射电路3通过天线匹配网络36发送到天线1的信号首先通过第一滤波装置9,此后通过第一谐振电路33。第一滤波装置9,除了具有第二接点12以外,还具有第一接点11。第一滤波装置9的第一接点11被连接到第二发射电路3。第一滤波装置9在其第二接点12上具有高的反射系数,至少对于由第二接收电路5接收的信号。第一谐振电路33由电容33′与电感33″相串联组成。第一谐振电路33具有这样的谐振频率,以使得分别由第二发射电路3发射的信号与由第二接收电路5接收的信号很容易传送通过第一谐振电路33。更具体地,在一个实施例中,第一谐振电路33具有近似位于在第二发射电路3发射的信号的频带与第二接收电路5接收的信号的频带之间的中间范围的谐振频率。另外,第一谐振电路33被设计成使得分别由第一发射电路2发射的信号与由第一接收电路4接收的信号被阻塞。
第一谐振电路33除了具有第一接点14以外还有第二接点15。第一谐振电路33的第一接点14被连接到双工滤波器50的接点49。如前面所述,第一谐振电路33的第二接点15被连接到位于天线1与第二谐振电路37′的第一接点38之间的连接点35。
由第二接收电路5从天线1经过天线匹配网络36接收的信号首先通过第一谐振电路33,此后通过第三滤波装置30。第三滤波装置30,例如,可包括带通滤波器。第三滤波装置除了具有第一接点31以外,还具有第二接点32。第三滤波装置30的第一接点31至少对于由第二发射电路3发射的信号,具有高的反射系数。
从第一发射电路2经过天线匹配网络36发射到天线1的信号通过第一切换装置6,并最后通过第二谐振电路37′。第一切换装置6具有第一接点7和第二接点8,以及第二谐振电路37′除了具有第一接点38以外,还具有第二接点39。第一切换装置6的第一接点7被连接到第一发射电路2。第一切换装置6的第二接点8被连接到第二谐振电路37′的第二接点39。第二谐振电路37′的第一接点38被连接到位于天线1、第一谐振电路33的第二接点15、与第二谐振电路37′的第一接点38之间的连接点35。第二谐振电路37′由电容38′与电感38″相并联组成。按照示例性实施例,第二谐振电路37′具有这样的谐振频率,以使得分别由第二发射电路3发射的信号与由第二接收电路5接收的信号被第二谐振电路37′阻塞。第二谐振电路37′优选地具有位于在第二发射电路3发射的与第二接收电路5接收的信号的频带之间的中间范围的谐振频率。第一切换装置6,例如,可包括诸如PIN二极管那样的二极管。二极管6的第一接点7是正极,而二极管6的第二接点8是负极。
由第一接收电路4从天线1通过天线匹配网络36接收的信号首先通过第二谐振电路37′,然后通过第一阻抗变换装置16,最后通过第二滤波装置18。第二滤波装置,例如,可包括带通滤波器。第一阻抗变换装置16具有第一接点19和第二接点20,以及第二滤波装置18具有第一接点23和第二接点24。第一阻抗变换装置16的第一接点19被连接到位于第一切换装置6的第二接点8、第一阻抗变换装置16的第一接点19与第二谐振电路37′的第二接点39之间的连接点40。第一阻抗变换装置16的第二接点20被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二滤波装置18的第一接点23与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27。第二阻抗变换装置17(如图1所示)在图2上被设置为零(例如,被省略)。第一阻抗变换装置16尺寸被做成在发射频段的中心时的四分之一波长,以便变换第一发射电路2发射的信号。
第二切换装置25,除了具有第一接点26以外,还具有连接到信号地29的第二接点28。第二切换装置25,例如,可包括诸如PIN二极管那样的二极管。二极管的第一接点26是正极,而二极管的第二接点28是负极。
图3-5是分别显示按照本发明的用于双频段无线电的信号组合设备的第二、第三、和第四实施例的电路图。如以前那样,这些电路找到在用于运行在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统中和/或用于运行在卫星无线通信系统中的、具有一个双频段发射和接收天线1的移动单元中组合信号的示例性使用。图3-5的电路图是和图2显示的电路图相同的,除了第一谐振电路33和第二谐振电路37′的结构不同以外。
在图2中,以及也在图5中,第一谐振电路33由电容33′与电感33″相串联组成。在这两种情况下,第一谐振电路33具有这样的谐振频率,以使得分别由第二发射电路3发射的信号与由第二接收电路5接收的信号很容易传送通过第一谐振电路33。第一谐振电路33的谐振频率,例如,可以是在第二发射电路3发射的信号的频带与第二接收电路5接收的信号的频带之间的中间范围。相反,在图3和4中,第一谐振电路33包括由电容33′与电感33″相并联。在这些实施例中的第一谐振电路33具有这样的谐振频率,以使得分别由第一发射电路2发射的与由第一接收电路4接收的信号在第一谐振电路33中被阻塞(例如,停止)。在这个实施例中,第一谐振电路33,例如,可以具有处在第一发射电路2发射的信号的频带与第一接收电路4接收的信号的频带之间的中间范围的谐振频率。
在图2中,以及也在图4中,第二谐振电路37′由电容38′与电感38″相并联组成。第二谐振电路37′具有处在第二发射电路3发射的信号的频带与第二接收电路5接收的信号的频带之间的中间范围的谐振频率。相反,在图3和5中,第二谐振电路37′包括由电容38′与电感38″相串联。图3和5中的第二谐振电路37′具有处在分别由第一发射电路2发射的信号的频带与由第一接收电路4接收的信号的频带之间的中间范围的谐振频率。
图6和7是分别显示按照本发明的用于双频段无线电的信号组合设备的第五和第六实施例的电路图。和前面的实施例一样,这个结构找到在用于运行在包括至少一个基站的蜂窝移动无线通信系统中和/或用于运行在卫星无线通信系统中的、具有一个双频段发射和接收天线1的移动单元中组合信号的示例性使用。
图6的电路图是和图2的电路图相同的,除了在图6上没有第二谐振电路37′(与图2比较)以及第二阻抗变换装置17不再是零(即,不被省略)。第二阻抗变换装置17具有第一接点21和第二接点22。所以,在图6上,位于天线1和第一谐振电路33的第二接点15之间的连接点35被连接到位于第一切换装置6的第二接点8和第一阻抗变换装置16的第一接点19之间的连接点40。由于第二阻抗变换装置17不是零,所以,连接点27被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第二阻抗变换装置17的第二接点21,以及被连接到第二切换装置25的第一接点26。另外,第二阻抗变换装置17的第二接点22被连接到第二滤波装置18的第一接点23。
图7的电路图是和图3的电路图相同的,除了在图7上没有第二谐振电路37′(与图3比较)以及第二阻抗变换装置17不再是零(即,不被省略)。正如图6那样,第二阻抗变换装置17具有第一接点21和第二接点22。所以,在图7上,正如图6那样,在天线1和第一谐振电路33的第二接点15之间的连接点35被连接到位于第一切换装置6的第二接点8和第一阻抗变换装置16的第一接点19之间的连接点40。由于第二阻抗变换装置17不是零,所以,连接点27(在图7上)被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第二阻抗变换装置17的第二接点21,以及被连接到第二切换装置25的第一接点26。另外,第二阻抗变换装置17的第二接点22被连接到第二滤波装置18的第一接点23。
因此,在图6和7,由第一接收电路4接收的信号也传送通过第二阻抗变换装置17。在图6和7,第二阻抗变换装置17也被做成在第一阻抗变换装置16的第一接点19处的阻抗,对于分别在第二发射电路3处发射的信号和由第二接收电路5接收的信号是高的。
图8是显示按照本发明的用于双频段无线电的信号组合设备的第七实施例的电路图。图8的电路图是和图6的电路图相同的,除了在图8上有第三阻抗变换装置34,而不是图6的第一谐振电路33。第三阻抗变换装置34具有第一接点14和第二接点15,正好像第一谐振电路33那样。所以,在图8上,正如图6那样,连接点35被连接到天线1,被连接到第三阻抗变换装置34的第二接点15,以及被连接到位于第一切换装置6的第二接点8和第一阻抗变换装置16的第一接点19之间的连接点40。这里,第二阻抗变换装置17被做成在第一阻抗变换装置16的第一接点19处的阻抗,对于分别在第二发射电路3处发射的信号和由第二接收电路5接收的信号是高的。
第三阻抗变换装置34被做成在第三阻抗变换装置34的第二接点15处的阻抗,对于分别在第一发射电路2处发射的信号和由第一接收电路4接收的信号是很高的。所以,在相应于图8的单个3-端口双工滤波器的接点49的端口处的阻抗被做成可变换到在第三阻抗变换装置34的第二接点15处对于分别在第二发射电路3处发射的信号和由第二接收电路5接收的信号的高阻抗。图8的第七实施例可以与图9b的第九实施例比较,在图9b上,在相应于单个3-端口双工滤波器的接点49的端口处的阻抗被做成可变换到只对于由第一接收电路4接收的信号的高阻抗。
比起图9b的第九实施例,图8的第七实施例的优点在于,对于分别由发射电路发射的和由第二接收电路接收的信号到天线1的总的传输线长度是更短的。所以,在图8实施例中的信号损耗是较低的。
图9a是显示按照本发明的用于双频段无线电的信号组合设备的第八实施例的电路图。图9a的电路图是和图7的电路图相同的,除了在天线1与第一谐振电路33的第二接点之间的连接点35被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第一接点21、和第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27,而在图7上,连接点35是位于第一谐振电路33的第二接点15与位于第一切换装置6的第二接点8和第一阻抗变换装置16的第一接点19之间的连接点40之间。因此,从第一发射电路2经过天线匹配网络36发射到天线1的信号传送通过第一切换装置6,然后通过第二阻抗变换装置16。由第一接收电路4从天线1通过天线匹配网络36接收的信号首先传送通过第二阻抗变换装置17,然后传送通过第二滤波装置18。
图9b是显示按照本发明的用于双频段无线电的信号组合设备的第九实施例的电路图。图9b的电路图是和图8的电路图相同的,除了连接点35被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第三阻抗变换装置34的第一接点15,和被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第一接点21、与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27,而在图8上,连接点35是位于第三阻抗变换装置34的第二接点15与连接点40之间的,连接点40又位于第一切换装置6的第二接点8和第一阻抗变换装置16的第一接点19之间。
所以,在图9b上,在第一切换装置6的第二接点8和第一阻抗变换装置16的第一接点19之间的连接点40被直接连接到天线1。因此,在图9b上,从第一发射电路2经过天线匹配网络36发射到天线1的信号只传送通过第一切换装置6。由第一接收电路4从天线1通过天线匹配网络36接收的信号,如图8那样,首先传送通过第一阻抗变换装置16,然后通过第二阻抗变换装置17,最后传送通过第二滤波装置18。从第二发射电路3经过天线匹配网络36发射到天线1的信号首先传送通过第一滤波装置9,然后传送通过第三阻抗变换装置34,最后传送通过第一阻抗变换装置16。由第二接收电路5从天线1通过天线匹配网络36接收的信号,首先传送通过第一阻抗变换装置16,然后通过第三阻抗变换装置34,最后传送通过第三滤波装置30。
第三阻抗变换装置34被做成在第三阻抗变换装置34的第二接点15处的阻抗,对于分别在第一接收电路4接收的信号是很高的。第一阻抗变换装置16被做成,当启动按照图10的DC控制的开关时,在第一阻抗变换装置16的第一接点19处的阻抗,对于从第一发射电路2发射的信号是很高的。
如上面在图8的说明中所述的,图8的第七实施例可以与图9b所示的第九实施例相比较。具体地,在图9b上,在相应于单个3-端口双工滤波器50的接点49的端口处的阻抗被做成可变换到在第三阻抗变换装置34的第二接点15处至少对于由第一接收电路4接收的信号的高阻抗。
图10是显示按照本发明的用于双频段无线电的信号组合设备的再一个实施例的电路图。图10和图2相同,除了:(1)第二阻抗变换装置17不是零,即不被省略;(2)有一个带通滤波器41;(3)没有天线匹配网络36和没有用于切换天线匹配网络37的装置;以及(4)附加上DC-控制开关47-48,51-56。在图8上有第三阻抗变换装置34,而不是图6的第一谐振电路33。第二阻抗变换装置17具有第一接点21和第二接点22。带通滤波器41具有第一接点42和第二接点43。因此,连接点27被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第二阻抗变换装置17的第一接点21,以及被连接到第二切换装置25的第一接点26。第二阻抗变换装置17的第二接点22被连接到第二滤波装置18的第一接点23。带通滤波器41的第一接点42被连接到第一发射电路2。带通滤波器41的第二接点43被连接到第一切换装置6的第一接点7。因此,由第一接收电路4接收的信号也传送通过第二阻抗变换装置17,以及从第一发射电路2发射的信号也传送通过带通滤波器41。带通滤波器41衰减从第一发射电路2发射的信号的频带以上的和以下的频率。带通滤波器41,在本发明的另一个实施例中,可通过使用衰减从第一发射电路2发射的信号的频带以上的频率的低通滤波器来实施。
DC-控制开关由电路48、电阻51、第四阻抗变换装置52、电容54、以及电感55与电容56相串联等组成。电容54被连接到信号地29。
电容47被插入在第二谐振电路37′的第二接点39与位于第一切换装置6的第二接点8与第一阻抗变换装置16的第一接点19之间的连接点40之间,以便于阻塞从电路加上的DC-电流。然而,电路的其它实施例没有使用电容47;DC-控制开关可以没有电容47工作。
天线1是双频段发射和接收天线,它在天线1、第一谐振电路33的第二接点15、和第二谐振电路37′的第一接点38之间的连接点35处具有阻抗匹配的阻抗。
在图10中,第一滤波装置9和第三滤波装置30被互相连接在一起,成为单个3-端口双工滤波器50,正如图2的情况。双工滤波器50在双工滤波器50的接点49处具有大约|Γ|>0.7的反射系数,并且双工滤波器的相移在1850-1990MHz内大约变化±10°。滤波器18在滤波器18的第二接点23处具有大约|Γ|>0.9的反射系数,并且滤波器的相移β在824-869MHz内大约变化±20°。然而,正如本领域技术人员将会看到的,这些值是示例的数值。反射系数和相移的数值将取决于在信号组合设备中所使用的元件而变化。第一切换装置6和第二切换装置25可以包括PIN二极管。
在所有的实施例中,各个电容和电感所使用的数值应当被选择来提供想要的谐振频率,正如本领域技术人员将会看到的。在图10的实施例中,例如,第一谐振电路33由电容43与电感44相串联组成,以及电容43的电容量大约为3.9pF,电感44的电感量大约为10nH。在由电容46与电感45并联组成的第二谐振电路37′中,电容46的电容量大约为3.9pF,电感45的电感量大约为10nH。同样的或类似的元件数值可被使用于其它的实施例。
参照全部图2-10,第一阻抗变换装置16,第二阻抗变换装置17,第三阻抗变换装置34,和第四阻抗变换装置52,例如,可包括具有适当阻抗的传输线。例如,适当长度的带线可被使用来达到提供给阻抗变换装置16、17、34、和52的功能,正如本领域技术人员熟知的。例如,图9b的变换装置16可包括四分之一波长带线(在1880MHz)。
在阐述了图1-8,9a,9b和10中所使用的元件之间的示例性连接之后,现在将参照图9b更详细地讨论这些电路的运行模式。
在图9b中,当数字信号,例如在1850-1990MHz的PCS频段内的数字信号,从第一发射电路2发射时,第一切换装置6和第二切换装置25对于从第一发射电路2发射的那个频段的信号成为导通。这可以,例如,通过使用DC-控制开关来实施,如图10所示。它是诸如PIN二极管那样的二极管的第二切换装置25把位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第二接点21、与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27短路到地。借助于第一阻抗变换装置16,使得这个短路变换成开路,因为第一阻抗变换装置16把在第一发射电路2处发射的信号变换接近四分之一波长。所以,从第一发射电路2发射的信号将通过第一切换装置6经过天线匹配网络36发送到天线1。当信号不是从第一发射电路2发送时,第一切换装置6和第二切换装置25被关断,这样如果使用如图10所描述的DC-控制开关,则从DC源没有加上DC电流。
还在图9b中,当模拟信号,例如在824-894MHz的AMPS频段内的模拟信号,从第二发射电路3发射时,信号首先传送通过3-端口双工滤波器50,然后通过第三阻抗变换装置34传送到连接点35,它被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第三阻抗变换装置34的第二接点15,以及被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第一接点21、与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27。这里,第二阻抗变换装置17被做成在第二阻抗变换装置17的第一接点21处的阻抗,对于分别在第二发射电路3处发射的信号和在第二接收电路5接收的信号是很高的。图9a所示的第二阻抗变换装置17以同样方式运行。由于从第一发射电路2没有信号发射,第一切换装置6和第二切换装置26将被关断,信号就传送通过第一阻抗变换装置16经过天线匹配网络36到天线1。
还在图9b中,当数字信号,例如在1850-1990MHz的PCS频段内的数字信号,从天线1经过天线匹配网络36由第一接收电路4接收时,信号通过第一阻抗变换装置16传送到连接点35,它被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第三阻抗变换装置34的第二接点15,以及被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第一接点21、与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27。由于从第一发射电路2没有信号发射,第一切换装置6和第二切换装置26将被关断。由于第三阻抗变换装置34被做成在第三阻抗变换装置34的第二接点15处的阻抗,至少对于在第一接收电路4接收的信号是很高的,所以,信号将传送通过第二阻抗变换装置17,并最后通过第二滤波装置18传送到第一接收电路4。
还在图9b中,当模拟信号,例如在824-894MHz的AMPS频段内的模拟信号,从天线1经过天线匹配网络36由第二接收电路5接收时,信号通过第一阻抗变换装置16传送到连接点35,它被连接到第一阻抗变换装置16的第二接点20,被连接到第三阻抗变换装置34的第二接点15,以及被连接到位于第一阻抗变换装置16的第二接点20、第二阻抗变换装置17的第一接点21、与第二切换装置25的第一接点26之间的连接点27。由于从第一发射电路2没有信号发射,第一切换装置6和第二切换装置26将被关断。这里,第二阻抗变换装置174被做成在第二阻抗变换装置17的第一接点21处的阻抗,对于分别在第二发射电路处发射的信号与在第二接收电路5接收的信号是很高的,因此,信号将传送通过第三阻抗变换装置34,并最后通过双工滤波器50传送到第二接收电路5。
图1-9a和图10利用了与以上对于图9b所描述的相同的基本运行原理。即,在所有的实施例中,由接收电路4,5从天线1接收的所有信号和从发射电路2,3发射到天线1的所有信号经过连接点13,27,35,40被馈送到想要的电路或天线1。阻抗变换装置16,17,34,匹配装置10,和谐振电路33,37′的谐振频率在每个实施例中随之被做成能确保信号传送到它们各自的正确的目的地,正如本领域技术人员将会看到的。
在本发明的一个示例性实施例中,时间复用接入技术(例如,时分多址(TDMA))被分别用来发射和接收数字信号,数字信号在各自的时隙期间被发送和接收。例如,在GSM系统中的这些时隙的持续时间大约为0.577ms,以及在D-AMPS系统中,大约为6-7ms。这样,时隙的持续时间随本发明被使用的各个通信系统而变化。
频率复用接入技术(例如,频分多址(FDMA))也可被分别用来发射和接收数字信号,只要在第一发射电路2被设计来发射的信号与第二发射电路3被设计来发射的模拟信号的频率之间有足够的频率间隔的话。在本发明的另一个实施例中,频率复用接入技术(例如,频分多址(FDMA))也可被分别用来发射和接收模拟信号。
当使用第二谐振电路37′时,码分多址(CDMA)技术也可被分别用来发射和接收数字信号。然而,当使用这个方法时,按照示例性实施例,不使用第一切换装置6和第二切换装置25。
为了进一步增补读者对本发明的理解,下面给出两个实例,它们描述了图10所示设备的示例性运行特性。
实例1
在按照图10的用于双频段无线电的信号组合设备中,在824-894MHz的AMPS频段内的模拟信号从第二发射电路3发射到天线1,以及交替地由第二接收电路5从天线1接收。在824-894MHz的AMPS频段内从第二发射电路3发射到天线1的和由第二接收电路5从天线1接收的模拟信号的损耗,在天线1与第一谐振电路33的第一接点14之间是0.3dB。
实例2
在按照图1的用于双频段无线电的信号组合设备中,在1850-1990MHz的PCS频段内的数字信号从第一发射电路2发射到天线1,以及交替地由第一接收电路4从天线1接收。每次从第一发射电路2发射一个信号,就在第一发射电路2发射信号以前,从电路48加上DC电流100μs。因此,从电路48加上的DC电流控制了图10上的DC控制开关。从电路48加上的DC电流可被微处理器控制。所以,从电路48加上DC电流分别被馈送到PIN二极管6和25。当DC电流被馈送通过PIN二极管时,它们对于1850-1990MHz的频率成为导通。
在1850-1990MHz的PCS频段内从第一发射电路2发射到天线1的和由第一接收电路4从天线1接收的模拟信号的损耗,在天线1与第二谐振电路37′的第二接点39之间是0.1dB。
本领域技术人员将认识到,各种不同变化可被引入到图1-10所示的设备的结构和运行模式。例如,在双频段无线电方面描述了本发明。本发明的另一个示例性实施例提供了用于使用单个天线的多频段(例如,大于两个频段)无线通信系统的信号组合设备。这个实施例分别利用两个以上的发射和接收电路(未示出),它们被连接到匹配装置,它又被连接到天线。
本发明是根据双模式天线来描述的,其中移动无线电可接收模拟和数字信号。然而,上面讨论的相同原理可被使用于接收两个不同频段的模拟信号或两个不同频段的数字信号的移动无线电。
更具体地,本发明可被使用于多种类型的通信系统(除了上面提到的蜂窝和卫星系统以外)。这样的无线通信系统的例子是DECT系统(欧洲数字无绳电话)。其中可以使用按照本发明的信号组合设备的数字无线通信系统的例子是D-AMPS 800,D-AMPS 1900,DCS 1800,PCS 1900,GSM 900,GSM 1800,PDC 800,和PDC 1500。其中可以使用按照本发明的信号组合设备的模拟无线通信系统的例子是NMT450,AMPS 800,NMT 900,和TACS。借助于本发明有可能组合任何的前面所述的模拟无线通信系统的模拟信号和任何的前面所述的数字无线通信系统的数字信号,只要模拟的和数字的信号具有足够的不同频带。借助于本发明也有可能组合任何的前面所述的模拟无线通信系统的模拟信号,如果模拟信号具有不同的频带的话。同样的结果应用到在前面所述的数字无线通信系统中所使用的数字信号。
而且,参照图1-9b的全部,在一个实施例中,天线匹配网络36和用于切换天线匹配网络37的设备不是本发明的一部分,因为天线1可以包括双频段发射和接收天线,它在两个频段上具有与在天线1和匹配装置10的第二接点15之间的连接点35处的阻抗相匹配的阻抗。在本发明的这个实施例中,双频段发射和接收天线在两个频段上优选地为50欧姆左右。然而,如果在图1-9b的全部中,天线匹配网络36被包括在本发明中,则天线匹配网络36将把天线阻抗变换到在连接点35处适合于双频段的阻抗,其中连接点35在这里是按照在以上的图1-9b的每个图中的连接点35的定义而被规定的。如果天线匹配网络36是本发明的一部分,则天线匹配网络36可以是纯无源装置,或如有必要,匹配网络36可以由用于按照天线1被使用的频段来切换天线匹配网络的装置37切换。
参照图1-5和10的全部,第二滤波装置可被省略。
因此,总之,上述的示例性实施例在本发明的所有方面都是说明性的,而不是限制性的。因此,本发明在细节的实施上能够由本领域技术人员从这里包含的说明中作出许多改变。所有这样的改变和修正都被认为是属于由以下的权利要求规定的本发明的精神和范围内。
Claims (20)
1.一种用于双频段双模式无线电的信号组合设备,所述无线电包括一个公共的天线、第一发射电路、第一接收电路、第二发射电路、和第二接收电路,其中所述第一发射电路和第一接收电路分别发射和接收数字信号,以及其中所述第二发射电路和第二接收电路分别发射和接收模拟信号,所述信号组合设备包括:
第一处理电路,被连接到所述的第一发射和接收电路,用于通过使用所述公共天线选择地发射和接收所述数字信号;以及
第二处理电路,被连接到所述的第二发射和接收电路,用于通过使用所述公共天线选择地发射和接收所述模拟信号,其中将该第一处理电路和该第二处理电路互相连接,并以一个连接点连接到该天线。
2.根据权利要求1的信号组合设备,其中所述第一发射和接收电路发射和接收在PCS频段内的信号,以及所述第二发射和接收电路发射和接收在AMPS频段内的信号,其中PCS频段不同于AMPS频段。
3.一种用于多频段无线电的信号组合设备,所述多频段无线电包括一个公共的天线,以及至少包括第一发射电路、第一接收电路、第二发射电路、和第二接收电路,所述信号组合设备包括:
第一谐振电路,被连接到天线,用于选择地传送分别从所述第二发射和接收电路发射和接收的信号;
第二谐振电路,被连接到天线,用于选择地传送分别从所述第一发射和接收电路发射和接收的信号;
第一切换装置,具有第一接点,被连接到所述第一发射电路,以及第二接点,被连接到所述第二谐振电路的第二接点;以及
第一阻抗变换装置,具有第一接点,被连接到所述第一切换装置的所述第二接点,以及还具有第二接点。
4.根据权利要求3的信号组合设备,其中:
第一谐振电路包括至少一个电容和一个电感相串联或相并联;以及
第二谐振电路包括至少另一个电容和另一个电感相串联或相并联。
5.根据权利要求3的信号组合设备,还包括:
第二切换装置,具有第一接点,被连接到所述第一阻抗变换装置,以及具有第二接点,被连接到地。
6.根据权利要求3的信号组合设备,还包括:
滤波器,具有第一接点,被连接到所述第二发射电路,以及具有第二接点,被连接到所述第一谐振电路的第一接点;以及
另一个滤波器,具有第一接点,被连接到所述第一滤波器的第二接点,以及具有第二接点,被连接到所述第二接收电路。
7.根据权利要求6的信号组合设备,其中所述第一滤波器和所述另一个滤波器包括具有三个端口的单个滤波器。
8.根据权利要求3的信号组合设备,还包括:
天线匹配电路,具有第一接点,被连接到所述天线,以及具有第二接点,被连接到位于所述第一谐振电路与所述第二谐振电路之间的一点上。
9.一种用于多频段无线电的信号组合设备,所述多频段无线电包括一个公共的天线,以及至少包括第一发射电路、第一接收电路、第二发射电路、和第二接收电路,所述信号组合设备包括:
第一谐振电路,被连接到天线,所述第一谐振电路具有第一和第二接点;以及
第一切换装置,具有第一接点,被连接到所述第一发射电路,以及具有第二接点;
第一阻抗变换装置,具有第一接点,被连接到所述第一切换装置的所述第二接点,以及还具有第二接点;以及
第二阻抗变换装置,具有第一接点,被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第二接点,以及还具有第二接点;
其中第一谐振电路的所述第二接点被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第一接点,或被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第二接点。
10.根据权利要求9的信号组合设备,其中所述第一谐振电路包括一个电容和一个电感相并联或相串联。
11.根据权利要求9的信号组合设备,还包括:
第二切换装置,具有第一接点,被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第二接点,以及具有第二接点,被连接到地。
12.根据权利要求9的信号组合设备,还包括:
第一滤波器,具有第一接点,被连接到所述第二发射电路,以及具有第二接点,被连接到所述第一谐振电路的第一接点;以及
另一个滤波器,具有第一接点,被连接到所述第一滤波器的第二接点,以及具有第二接点,被连接到所述第二接收电路。
13.根据权利要求12的信号组合设备,其中所述第一滤波器和所述另一个滤波器包括具有三个端口的单个滤波器。
14.根据权利要求9的信号组合设备,还包括:
天线匹配电路,具有第一接点,被连接到所述天线,以及具有第二接点,被连接到所述第一谐振电路的所述第二接点。
15.一种用于多频段无线电的信号组合设备,所述多频段无线电包括一个公共的天线,以及至少包括第一发射电路、第一接收电路、第二发射电路、和第二接收电路,所述信号组合设备包括:
第一阻抗变换装置,具有第一和第二接点;
第二阻抗变换装置,具有第一和第二接点;
第三阻抗变换装置,具有第一和第二接点;以及
第一切换装置,具有第一接点,被连接到所述第一发射电路,以及具有第二接点,被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第一接点,
其中所述第一阻抗变换装置的所述第二接点被连接到所述第二阻抗变换装置的所述第一接点,以及其中所述第三阻抗变换装置的所述第二接点被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第一接点或所述第一阻抗变换装置的所第二接点之一。
16.根据权利要求15的信号组合设备,其中:
所述第三阻抗变换装置的所述第二接点被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第一接点,以及所述天线被连接到所述第三阻抗变换装置的所述第二接点和所述第一阻抗变换装置的所述第一接点。
17.根据权利要求15的信号组合设备,其中:
所述第三阻抗变换装置的所述第二接点被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第二接点,以及所述天线被直接连接到所述第一阻抗变换装置的所述第一接点。
18.根据权利要求15的信号组合设备,还包括:
第二切换装置,具有第一接点,被连接到所述第一阻抗变换装置的所述第二接点,以及具有第二接点,被连接到地。
19.根据权利要求15的信号组合设备,还包括:
第一滤波器,具有第一接点,被连接到所述第二发射电路,以及具有第二接点,被连接到所述第三阻抗变换装置的所述第一接点;以及
另一个滤波器,具有第一接点,被连接到所述滤波器的第二接点,以及具有第二接点,被连接到所述第二接收电路。
20.根据权利要求19的信号组合设备,其中所述第一滤波器和所述另一个滤波器包括具有三个端口的单个滤波器。
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